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Mésosphere, caractéristiques d'altitude et de température

La mésosphère est la partie de l'atmosphère comprise entre 50 km d'altitude (au-dessus de la stratosphère) et 90 km d'altitude.

Comme la troposphère, elle se caractérise par une température décroissante au fur et à mesure que l'altitude augmente. C'est à sa limite supérieure que l'on trouve les températures les plus basses de l'atmosphère terrestre : la température peut y descendre localement jusque 100 K (-173°C).

Météoroïdes et vaisseaux spatiaux entrant dans l'atmosphère

Lorsque des objets extraterrestres (météoroïdes, navettes spatiales) pénètrent dans l'atmosphère, ils commencent à chauffer dans la mésosphère. Pénétrant dans l’atmosphère à une vitesse élevée, ils commencent à chauffer car ils frottent contre les molécules d’oxygène de la mésosphère, où la densité atmosphérique n’est pas détectée.

La mésosphère est généralement désignée comme une "zone de transition" entre l’espace où atmosphère terrestre familière.

Comment prendre des mesures dans la mésosphère?

La mésosphère reste un lieu très mal connu et très peu compris. Les mesures y sont très difficiles, car la mésosphère est:

  • trop haute pour les avions (altitude maximum +/- 25km)
  • trop haute pour les ballons (altitude maximum +/- 45km)
  • trop basse pour les satellites (altitude minimum +/- 130km)

Mésosphère, zone de croisement entre stratosphère et thermosphère

L'atmosphère "classique" à laquelle nous sommes habitués est composée de 78% d'azote et de 21% d'oxygène - tous les autres gaz se partageant le pourcent restant. Les mouvements de l'air sont des mouvements d'ensemble - les vents qui transportent toutes les molécules de la même manière, quelle que soit leur formule chimique.  Ils constituent le principal mécanisme de transport dans la troposphère et la stratosphère.

Par opposition, l'environnement spatial dans lequel évoluent les satellites (mésosphère-thermosphère) est une atmosphère extrêmement raréfiée, dont la composition est très variable dans le temps et l'espace. Le principal phénomène de transport est la diffusion moléculaire, qui a un effet différent sur les gaz selon leur masse moléculaire. A cause de la densité très faible de l'air, la température change très vite entre le jour et la nuit, et selon l'activité solaire. Une partie non négligeable des molécules sont ionisées, c-à-d ont une charge électrique, et sont soumises de ce fait aux lois de la physique des plasmas, complètement différentes des lois relatives aux gaz neutres. 

A bien des égards, la mésosphère est le lieu de transition entre ces deux environnements complètement différents. Les processus physiques et chimiques passent progressivement d'un régime à un autre, ce qui donne lieu à des interactions complexes entre:

  • la dynamique (vents, turbulence, diffusion moléculaire)
  • la photochimie (ozone, composés hydrogénés, oxydes d'azote)
  • le chauffage (absorption des ultra-violets, émission dans l'infrarouge)

Ces interactions sont d'une complexité comparable à celle de la troposphère dans laquelle nous vivons, et nous sommes loin de les avoir toutes comprises.

La magnétosphère éloigne les particules chargées émises par le Soleil et les empêche de pénétrer dans les couches inférieures de l'atmosphère, sauf dans les régions polaires où des collisions entre ces particules et les molécules d'air neutres de la mésosphère sont à l'origine des aurores polaires.

Mésosphère et ozone 

En ce qui concerne le "trou d'ozone", son intensité dépend beaucoup de la circulation de l'air stratosphérique autour des pôles. Mais dans la stratosphère tout entière, les vents sont entraînés par la dissipation des ondes de gravité qui a lieu dans la mésosphère. Les ondes de gravité sont des oscillations verticales des masses d'air, qui démarrent dans la troposphère, à cause du vent au-dessus des montagnes et des orages. Ces ondes se propagent ensuite vers le haut, comme des vagues se propagent sur la mer. Et de la même manière que les vagues se brisent sur le rivage, les ondes de gravité se brisent dans la mésosphère, car la densité de l'air y est trop faible pour permettre leur propagation. En se brisant,elles provoquent des vents intenses, qui entraînent toute la circulation de l'air dans la stratosphère. 
 

L'une des conditions nécessaire à la prédiction de l'évolution du trou d'ozone est la compréhension complètement des phénomènes dynamiques complexes de la mésosphère. Cette compréhension est d'autant plus difficile que tous ces phénomènes ondulatoires sont très variables dans le temps, tout comme la force et l'amplitude des vagues sur la mer.

La mésosphère est la couche située au-dessus de la stratosphère et au-dessous de la thermosphère.
La mésosphère s'étend sur environ 50 kilomètres d'altitude et environ 90 kilomètres.